Alternative polymer systems for proton exchange membranes (PEMs)

Chemical Reviews

Volumn 104, Issue 10, 2004, Pages 4587-4611

  Hickner, Michael A ^a   Ghassemi, Hossein ^b   Kim, Yu Seung ^c   Einsla, Brian R ^d   McGrath, James E ^d  

^a SANDIA NATIONAL LABORATORIES   (United States)

^b Case Western Reserve University   (United States)

^c LOS ALAMOS NATIONAL LABORATORY   (United States)

^d VIRGINIA POLYTECHNIC INSTITUTE AND STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

COMPOSITION; COPOLYMERIZATION; DERIVATIVES; FLUORINE CONTAINING POLYMERS; ION EXCHANGE MEMBRANES; POLYELECTROLYTES; POLYETHERS; POLYETHYLENES; PROTONS; STYRENE; SULFONATION; SYNTHESIS (CHEMICAL);

ALTERNATIVE POLYMER SYSTEMS; NAFION; POLYARYLENE ETHERS; POLYMERIC BACKBONES; POLYPERFLUOROSULFONIC ACID; POSTSULFONATION; PROTON EXCHANGE MEMBRANES;

FUEL CELLS;

EID: 7544228532     PISSN: 00092665     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cr020711a     Document Type: Article

References (143)

1. Kim, Y. S.; Pivovar, B. 204th Meeting of the Electrochemical Society, Orlando, FL, Oct 12-16, 2003.
2. Pivovar, B. S.; Hickner, M.; Wang, F.; McGrath, J.; Zelenay, P.; Zawodzinski, T. A., Jr. Pre-Print Archive - American Institute of Chemical Engineers, [Spring National Meeting], New Orleans, LA, United States, Mar 11-14, 2002, p 2433.
3. Hickner, M. A.; Kim, Y. S.; Wang, F.; Harrison, W.; Hill, M.; Dong, L.; Pivovar, B.; Zelenay, P.; McGrath, J. E. Electrochim. Acta, in press.
4. Savadogo, O. J. New Mater. Electrochem. Syst. 1998, 1, 47.
5. Roziere, J.; Jones, D. J. Annu. Rev. Mater. Res. 2003, 33, 503.
6. Alberti, G.; Casciola, M. Annu. Rev. Mater. Res. 2003, 33, 129.
7. Paddison, S. J. Annu. Rev. Mater. Res. 2003, 33, 289.
8. Schulster, M. F. H.; Meyer, W. H. Annu. Rev. Mater. Res. 2003, 33, 233.
9. Kerres, J. J. Membr. Sci. 2001, 185, 3.
10. Zawodzinski, T. A.; Neeman, M.; Sillerud, L. O.; Gottesfeld, S. J. Phys. Chem. 1991, 95, 6040.
11. Alberti, G.; Casciola, M.; Palombari, R. J. Membr. Sci. 2000, 172, 233.
12. Alberti, G.; Constantino, U.; Casciola, M.; Ferroni, S.; Massinelli, L.; Staiti, P. Solid State Ionics 2001, 145, 249.
13. Pivovar, B. S.; Wang, Y.; Cussler, E. L. J. Membr. Sci. 1999, 154, 155.
14. Ibrahim, S. M.; Price, E. H.; Smith, R. A., of E. I. du Pont de Nemours. Proc. Electrochem. Soc. 1983, 83-6.
15. Resnick, P. R.; Grot, W. G., of E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, DE, Sept 12, 1978; U.S. Patent 4,113, 585.
16. Bahar, B.; Cavalca, C.; Cleghorn, S.; Kolde, J.; Lane, D.; Murthy, M.; Rusch, G. J. New Mater. Electrochem. Syst. 1999, 2 179.
17. Lin, J. C.; Kuntz, H. R.; Cutlip, M. B.; Fenton, J. M. Proc. 31st Mid-Atl. Ind. Hazard. Waste Conf. 1999, 31, P656.
18. Lin, J. C.; Kuntz, H. R.; Fenton, J. M. Proc. Electrochem. Soc. Power Sources New Millenium 2001, 2000, 48.
19. Beckerbauer, R., of E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, DE, Jan 30, 1973; U.S. Patent 3,714,245.
20. Grot, W. G., of E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, DE, Feb 27, 1973; U.S. Patent 3,718,627.
21. Grot, W. G., of E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, DE, Feb 21, 1984; U.S. Patent 4,433,082.
22. Rikukawa, M.; Sanui, K. Prog. Polym. Sci. 2000, 25, 1463.
23. Tant, M. R.; Darst, K. P.; Lee, K. D.; Martin, C. W. ACS Symp. Ser. 1989, 395, 370.
24. Wei, J.; Stone, C.; Steck, A. E., of Ballard Power Systems, Inc., June 6, 1995; U.S. Patent 5,422,411.
25. Steck, A. E. Proceedings of the first international symposium of new materials for fuel cell systems; l'Ecole Polytechnique de Montreal: Montreal, 1995; p 74.
26. Steck, A. E.; Stone, C. Proceedings of the 2nd International Symposium on New Materials for Fuel Cell and modern battery systems; l'Ecole Polytechnique de Montreal: Montreal, 1997; p 792.
27. Ehrenberg, S. G.; Serpico, J. M.; Wnek, G. E.; Rider, J. N., of Dais Corporation, Oct 21, 1997; U.S. Patent 5,679,482.
28. Wnek, G. Abstracts of Papers, 222nd ACS National Meeting, Chicago, IL, United States, August 26-30, 2001.
29. Kim, J.; Kim, B.; Jung, B. J. Membr. Sci. 2002, 207, 129.
30. Serpico, J. M.; Ehrenberg, S. G.; Fontanella, J. J.; Jiao, X.; Perahia, D.; McGrady, K. A.; Sanders, E. H.; Kellogg, G. E.; Wnek, G. E. Macromolecules 2002, 35, 5916.
31. Wnek, G. E.; Rider, J. N.; Serpico, J. M.; Einset, A. G.; Ehrenberg, S. G.; Raboin, L. A. Proc. Electrochem. Soc. 1995, 95-23, 247.
32. Wnek, G. E.; Rider, J. N.; Serpico, J. M.; Einset, A. G. Proceedings of the First International Symposium on Proton Conducting Membrane Fuel Cells; Electrochemical Society: 1995; p 247.
33. Hodgdon, R. B., Jr. J. Polym. Sci. 1968, 6, 171.
34. Serpico, J. M.; Ehrenberg, S. G.; Fontanella, J. J.; McGrady, K. A.; Perahia, D.; Jiao, X.; Sanders, E. H.; Wallen, T. J.; Wnek, G. E. Polym. Mater. Sci. Eng. 2002, 86, 32.
35. Ding, J.; Chuy, C.; Holdcroft, S. Chem. Mater. 2001, 13, 2231.
36. Ding, J.; Chuy, C.; Holdcroft, S. Macromolecules 2002, 35, 1348.
37. Chuy, C.; Ding, J.; Swanson, E.; Holdcroft, S.; Horsfall, J.; Lovell, K. V. J. Electrochem. Soc. 2008, 150, E271.
38. Chuy, C.; Basura, V. I.; Simon, E.; Holdcroft, S.; Horsfall, J.; Lovell, K. V. J. Electrochem. Soc. 2000, 147, 4453.
39. Flint, S. D.; Slade, R. C. T. Solid State Ionics 1997, 97, 299.
40. Gupta, B.; Buchi, F. N.; Scherer, G. G.; Chapiro, A. Solid State Ionics 1993, 61, 213.
41. Gupta, B.; Buchi, F. N.; Scherer, G. G.; Chapiro, A. Polym. Adv. Technol. 1994, 5, 493.
42. Buchi, F. N.; Gupta, B.; Haas, O.; Scherer, G. G. Electrochim. Acta 1995, 40, 345.
43. Becker, W.; Schmidt-Naake, G. Chem. Eng. Technol. 2002, 25, 373.
44. Wang, S.; McGrath, J. E. Synthesis of Poly(arylene ether)s. Synthetic Methods in Step-Growth Polymers; Wiley: New York, 2003; p 327.
45. Alberti, G.; Casciola, M.; Massinelli, L.; Bauer, B. J. Membr. Sci. 2001, 185, 73.
46. Noshay, A.; Robeson, L. M. J. Appl. Polym. Sci. 1976, 20, 1885.
47. Johnson, B. C.; Yilgor, I.; Tran, C.; Iqbal, M.; Wightman, J. P.; Lloyd, D. R.; McGrath, J. E. J. Polym. Sci. Polym. Chem. Ed. 1984, 22, 721.
48. Genova-Dimitrova, P.; Baradie, B.; Foscallo, D.; Poinsignon, C.; Sanchez, J. Y. J. Membr. Sci. 2001, 185, 59.
49. Kaliaguine, S.; Mikhailenko, S. D.; Wang, K. P.; Xing, P.; Robertson, G.; Guiver, M. Catal. Today 2003, 82, 213.
50. Robertson, G. P.; Mikhailenko, S. D.; Wang, K.; Xing, P.; Guiver, M. D.; Kaliaguine, S. J. Membr. Sci. 2003, 219, 113.
51. Bauer, B.; Jones, D. J.; Roziere, J.; Tchicaya, L.; Alberti, G.; Casciola, M.; Massinelli, L.; Peraio, A.; Besse, S.; Ramunni, E. J. New Mater. Electrochem. Syst. 2000, 3, 93.
52. Zaidi, S. M. J.; Mikhailenko, S. D.; Robertson, G. P.; Guiver, M. D.; Kaliaguine, S. J. Membr. Sci. 2000, 173, 17.
53. Xing, P.; Robertson, G. P.; Guiver, M. D.; Mikhailenko, S. D.; Wang, K.; Kaliaguine, S. J. Membr. Sci. 2004, 229, 95.
54. Bishop, M. T.; Karasz, F. E.; Russo, P. S.; Langley, K. H. Macromolecules 1985, 18, 86.
55. Huang, R. Y. M.; Shao, P.; Burns, C. M.; Feng, X. J. Appl. Polym. Sci. 2001, 82, 2651.
56. Bailly, C,; Williams, D. J.; Karasz, F. E.; MacKnight, W. J. Polymer 1987, 28, 1009.
57. Al-Omran, A.; Rose, J. B. Polymer 1996, 37, 1735.
58. Kerres, J.; Cui, W.; Richie, S. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 1996, 34, 2421.
59. Kerres, J.; Zhang, W.; Cui, W. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 1998, 36, 1441.
60. Kerres, J.; Cui, W.; Junginger, M. J. Membr. Sci. 1998, 139, 227.
61. Lafitte, B.; Karlsson, L. E.; Jannasch, P. Macromol. Rapid Commun. 2002, 23, 896.
62. Kim, Y. S.; Wang, F.; Hickner, M.; McCartney, S.; Hong, Y. T.; Zawodzinski, T. A.; McGrath, J. E. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2003, 41, 2816.
63. Robeson, L. M.; Matzner, M., of Union Carbide, Inc., 1983; U.S. Patent 4,380,598.
64. Ueda, M.; Toyota, H.; Ochi, T.; Sugiyama, J.; Yonetake, K.; Masuko, T.; Teramoto, T. J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed. 1993, 31, 853.
65. Wang, F.; Hickner, M.; Kim, Y. S.; Zawodzinski, T. A.; McGrath, J. E. J. Membr. Sci. 2002, 197, 231.
66. Wang, F.; Hickner, M.; Ji, Q.; Harrison, W.; Mecham, J.; Zawodzinski, T. A.; McGrath, J. E. Macromol. Symp. 2001, 175, 387.
67. Harrison, W.; Wang, F.; Mecham, J. B.; Bhanu, V.; Hill, M.; Kim, Y. S.; McGrath, J. E. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2003, 41, 2264
68. Wiles, K. B.; Bhanu, V. A.; Wang, F.; McGrath, J. E. Polym. Prepr. 2002, 43, 993.
69. Kim, Y. S.; Sumner, M. J.; Harrison, W. L.; Riffle, J. S.; McGrath, J. E.; Pivovar, B. S. J. Electrochem. Soc., accepted.
70. Wang, F.; Chen, T.; Xu, J. Macromol. Chem. Phys. 1998, 199, 1421.
71. Wang, F.; Li, J.; Chen, T.; Xu, J. Polymer 1999, 40, 795.
72. Gao, Y.; Robertson, G. P.; Guiver, M. D.; Jian, X.; Mikhailenko, S. D.; Wang, K.; Kaliaguine, S. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2003, 41, 2731.
73. Xing, P.; Robertson, G. P.; Guiver, M. D.; Mikhailenko, S. D.; Kaliaguine, S. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2004, 42, 2866.
74. Kim, Y. S.; Wang, F.; Hickner, M.; Zawodzinski, T. A.; McGrath, J. E. J. Membr. Sci. 2003, 212, 263.
75. Sumner, M. J.; Harrison, W. L.; Weyers, R. M.; Kim, Y. S.; McGrath, J. E.; Riffle, J. S.; Brink, A.; Brink, H. M. J. Membr. Sci. 2004, 239, 199.
76. Shobha, H. K.; Smalley, G. R.; Sankarapandian, M.; McGrath, J. E. Polym. Prepr. 2000, 41, 180.
77. Wang, F.; Mecham, J.; Harrison, W.; Hickner, M.; Kim, Y. S.; McGrath, J. E. Polym. Mater. Sci. Eng. 2001, 84, 913.
78. Wang, F.; Kim, Y.; Hickner, M.; Zawodzinski, T. A.; McGrath, J. E. Polym. Mater. Sci. Eng. 2001, 85, 517.
79. Genies, C.; Mercier, R.; Sillion, B.; Petiaud, R.; Cornet, N.; Gebel, G.; Pineri, M. Polymer 2001, 42, 5097.
80. Genies, C.; Mercier, R.; Sillion, B.; Cornet, N.; Gebel, G.; Pineri, M. Polymer 2001, 42, 359.
81. Cornet, N.; Diat, O.; Gebel, G.; Jousse, F.; Marsacq, D.; Mercier, R.; Pineri, M. J. New Mater. Electrochem. Syst. 2000, 3, 33.
82. Vallejo, E.; Pourcelly, G.; Gavach, C.; Mercier, R.; Pineri, M. J. Membr. Sci. 1999, 160, 127.
83. Zhang, Y.; Litt, M.; Savinell, R. F.; Wainright, J. S. Polym. Prepr. 1999, 40, 480.
84. Zhang, Y.; Litt, M.; Savineil, R. F.; Wainright, J. S.; Vendramint, J. Polym. Prepr. 2000, 41, 1561.
85. Zhou, W.; Watari, T.; Kita, H.; Okamoto, K.-I. Chem. Lett. 2002, 5, 534.
86. Fang, J.; Guo, X.; Harada, S.; Watari, T.; Tanaka, K.; Kita, H.; Okamoto, K.-I. Macromolecules 2002, 35, 9022.
87. Guo, X.; Fang, J.; Watari, T.; Tanaka, K.; Kita, H.; Okamoto, K.-I. Macromolecules 2002, 35, 6707.
88. Yin, Y.; Fang, J.; Cui, Y.; Tanaka, K.; Kita, H.; Okamoto, K.-I. Polymer 2003, 44, 4509.
89. Shobha, H. K.; Sankarapandian, M.; Glass, T. E.; McGrath, J. E. Polym. Prepr. 2000, 41, 1298.
90. Einsla, B. R.; Hong, Y. T.; Kim, Y. S.; Wang, F.; Gunduz, N.; McGrath, J. E. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2004, 42, 862.
91. Einsla, B. R.; Kim, Y. S.; Hickner, M.; Hang, Y. T.; Hill, M. L.; Pivovar, B.; McGrath, J. E. J. Membr. Sci., submitted.
92. Hickner, M. A. Ph.D. Dissertation, Virginia Polytechnic Institute and State University, September 2003.
93. Kopitzke, R. W.; Linkous, C. A.; Nelson, G. L. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 1998, 36, 1197.
94. Kopitzke, R. W.; Linkous, C. A.; Anderson, H. R.; Nelson, G. L. J. Electrochem. Soc. 2000, 147, 1677.
95. Kopitzke, R. W.; Linkous, C. A.; Nelson, G. L. Polym. Degrad. Stab. 2000, 67, 335.
96. Kruczek, B.; Matsuura, T. J. Membr. Sci. 1998, 146, 263.
97. Kosmala, B.; Schauer, J. J. Appl. Polym. Sci. 2002, 85, 1118.
98. Fu, H.; Jia, L.; Xu, J. J. Appl. Polym. Sci. 1994, 51, 1399.
99. Kobayashi, T.; Rikukawa, M.; Sanui, K.; Ogata, N. Solid State Ionics 1998, 106, 219.
100. Ghassemi, H.; McGrath, J. E. Polymer 2004, 45, 5847.
101. Ghassemi, H.; Ndip, G.; McGrath, J. E. Polymer 2004, 45, 5855.
102. Miyatake, K.; Hay, A. S. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2001, 39, 3211.
103. Miyatake, K.; Oyaizu, K.; Tsuchida, E.; Hay, A. S. Macromolecules 2001, 34, 2065.
104. Gao, Y.; Robertson, G. P.; Guiver, M. D.; Jian, X. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2003, 41, 497.
105. Xiao, G.; Sun, G.; Yan, D.; Zhu, P.; Tao, P. Polymer 2002, 43, 5335.
106. Powers, E. J.; Serad, G. A. High Performance Polymers: Their Origin and Development; Elsevier: Amsterdam, 1986; p 355.
107. Asensio, J. A.; Borros, S.; Gomez-Romero, P. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2002, 40, 3703.
108. Wainright, J. S.; Wang, J. T.; Weng, D.; Savinell, R. F.; Litt, M. J. Electrochem. Soc. 1995, 142, L121.
109. Xiao, L.; Zhang, H.; Choe, E. W.; Scanlon, E.; Ramanathan, L. S.; Benicewicz, B. C. Prepr. Symp. - Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem. 2003, 48, 447.
110. Benicewicz, B. ACS Polymer Division Asilomar Conference, February, 2003.
111. Glipa, X.; El Haddad, M.; Jones, D. J.; Roziere, J. Solid State Ionics 1997, 97, 323.
112. Gieselman, M. B.; Reynolds, J. R. Macromolecules 1992, 25, 4832.
113. Kim, S.; Cameron, D. A.; Lee, Y.; Reynolds, J. R.; Savage, C. R. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 1996, 34, 481.
114. Dang, T. D.; Bai, S. J.; Heberer, D. P.; Arnold, F. E.; Spry, R. J. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 1993, 31, 1941.
115. Einsla, B. R.; Kim, Y. J.; Tchatchoua, C.; McGrath, J. E. Polym. Prepr. 2003, 44, 645.
116. Sakaguchi, Y. Functional Condensation Polymers; Kluwer: New York, 2002.
117. Poppe, D.; Frey, H.; Kreuer, K. D.; Heinzel, A.; Mulhaupt, R. Macromolecules 2002, 35, 7936.
118. Allcock, H. R.; Fitzpatrick, R. J.; Salvati, L. Chem. Mater. 1991, 3, 1120.
119. Blonsky, P. M.; Shriver, D. F.; Austin, P.; Allcock, H. R. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 6854.
120. Allcock, H. R. Acc. Chem. Res. 1979, 12, 351.
121. Allcock, H. R.; Klingenberg, E. H.; Welker, M. F. Macromolecules 1993, 26, 5512.
122. Wycisk, R.; Pintauro, P. N. J. Membr. Sci. 1996, 119, 155.
123. Tang, H.; Pintauro, P. N.; Guo, Q.; O'Connor, S. J. Appl. Polym. Sci. 1999, 71, 387.
124. Guo, Q.; Pintauro, P. N.; Tang, H.; O'Connor, S. J. Membr. Sci. 1999, 154, 175.
125. Carter, R.; Wycisk, R.; Pintauro, P. N. Pre-Print Archive - American Institute of Chemical Engineers, [Spring National Meeting], New Orleans, LA, United States, Mar 11-14, 2002, p 2441.
126. Miyatake, K; Hay, A. S. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2001, 39, 1854.
127. Miyatake, K.; Hay, A. S. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2001, 39, 3770.
128. Meng, Y. Z.; Tjong, S. C.; Hay, A. S.; Wang, S. J. Eur. Polym. J. 2003, 39, 627.
129. Allcock, H. R.; Hofmann, M. A.; Ambler, C. M.; Lvov, S. N.; Zhou, X. Y.; Chalkova, E.; Weston, J. J. Membr. Sci. 2002, 201, 47.
130. Allcock, H. R.; Hofmann, M. A.; Ambler, C. M.; Morford, R. V. Macromolecules 2002, 35, 3484.
131. Koppel, I. A.; Taft, R. W.; Anvia, F.; Zhu, S. Z.; Hu, L. Q.; Sung, K. S.; DesMarteau, D. D.; Yagupolskii, L. M.; Yagupolskii, Y. L.; Ingat'ev, N. V.; Kondratenko, N. V.; Volkonskii, A. Y.; Vlasov, V. M.; Notario, R.; Maria, P. C. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 3047.
132. Paddison, S. J.; Pratt, L. R.; Zawodzinski, T.; Reagor, D. W. Fluid Phase Equilib. 1998, 150-151, 235.
133. Eikerling, M.; Paddison, S. J.; Zawodzinski, T. A. J. New Mater. Electrochem. Syst. 2002, 5, 15.
134. Hoffman, M. A.; Ambler, C. M.; Maher, A. E.; Chalkova, E.; Zhou, X. Y.; Lvov, S. N.; Allcock, H. R. Macromolecules 2002, 35, 6490.
135. Ford, L. A.; Smith, D. W., Jr.; DesMarteau, D. D. Polym. Mater. Sci. Eng. 2000, 83, 10.
136. Savett, S. C.; Atkins, J. R.; Sides, C. R.; Harris, J. L.; Thomas, B. H.; Creager, S. E.; Pennington, W. T.; DesMarteau, D. D. J. Electrochem. Soc. 2002, 149, A1527.
137. Hofmann, M. A.; Ambler, C. M.; Maher, A. E.; Chalkova, E.; Zhou, X. Y.; Lvov, S. N.; Allcock, H. R. Macromolecules 2002, 35, 6490.
138. Cho, C. G.; Kim, Y. S.; Hill, M. L.; McGrath, J. E. Polym. Prepr. 2003, 44, 649.
139. Kreuer, K. D.; Fuchs, A.; Ise, M.; Spaeth, M.; Maier, J. Electrochim. Acta 1998, 43, 1281.
140. Schuster, M. F. H.; Meyer, W. H.; Wegner, G.; Herz, H. G.; Ise, M.; Schuster, M.; Kreuer, K. D.; Maier, J. Solid State Ionics 2001, 145, 85.
141. Herz, H. G.; Kreuer, K. D.; Maier, J.; Scharfenberger, G.; Schuster, M. F. H.; Meyer, W. H. Electrochim. Acta 2003, 48, 2165.
142. Wang, F.; Glass, T.; Li, X.; Hickner, M.; Kim, Y. S.; McGrath, J. E. Polym. Prepr. 2002, 43, 492.
143. Kim, Y. S.; Dong, L.; Hickner, M.; Glass, T. E.; Webb, V.; McGrath, J. E. Macromolecules 2003, 36, 6181.